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中學化學到底學習什麼?如何看待它

2021-06-28由 百之靈 發表于 母嬰

中學化學到底學習什麼?如何看待它

“今天上課,化學老師和我們說:“當你上高中時,你會發現你初中化學學的一堆是錯的。再當你上大學時,你又會發現你高中又學了一堆錯的。”聽到這,我想弄明白,作為一個高中生,應該用什麼樣的思維去對待這一學科。在學習化學時,我更想去了解其中的原理,但是在高中這個階段我剛覺我身邊的人並不是太注重這個方面,通常都是老師說什麼就是什麼。”

化學,其實一門標準的科學。只不過還沒有被數學完全滲透罷了。這門學科具有在短時間內無法被替代的重要意義。所以我首先要說珍愛生命遠離剃頭哥等詭辯者。當然,請你也不要輕信諸如“有機合成才是真正的化學”之類雖有道理但是井底之蛙的言論。

當然,這個回答的讀者也包括受過大學教育的人。所以,如果你有高數背景,那麼,題主所提出的,初中教的東西高中被推翻,高中教的大學被推翻的現象,可以被理解為:你學習化學本質的過程,其實就是一個泰勒展開的過程。化學的本質就像真正的複雜的函式,不同級別的化學就像是對函式的一階,二階,和高階展開。初高中化學,就像低階展開,有時候偏差很明顯,但是整體方向卻沒錯。那麼接下來,你要提高解決問題的精確程度,你就開始向高階展開,高中就是高階,大學化學又高一階,相信我,這個過程還可以無限持續下去。隨著你被化學課折磨的越來越多,你對化學過程的本質就會更加接近。

對於可能沒有高數背景的題主,我這麼說吧,首先有關於泰勒展開的科普,其實挺不錯,瞭解一下。如果不想看,那我試著從另一個角度說,首先你看到的是雜亂無章毫無規律的自然“奇蹟”,比如說,你看到一種叫鹽酸的東西可以腐蝕礦物質。然後你用了一套初中化學的體系,簡潔而成功的理解了這個問題:你們初中課本講過:在水中電離氫離子的是酸,電離氫氧根的是鹼。(這其實就是阿倫尼烏斯提出的酸鹼理論)金屬陽離子和酸根陰離子組成鹽,礦物質與鹽酸反應,就是課本里的複分解反應。一個反應要發生,需要生成氣體或沉澱。這是初中化學。簡單,又有效。大部分時候能解決問題。

但是你可能會在實驗室注意到一個現象:如果你有一瓶敞開的鹽酸和一瓶敞開的氨水,你可能會看到倆瓶子中間的空中有白煙。這似乎沒法用初中的酸鹼來解釋。那怎麼辦?在大學裡(也許現在高中也會講)你會學到一個延伸版的酸鹼模型:提供質子(氫離子)的是酸,接受質子的是鹼。(這就是Bronstead酸鹼模型)咋一看似乎跟之前沒區別。但是仔細想想,這就不一定光是水溶液了。對於那個白煙,那就是空中的HCl 給出質子,NH3接受質子,變成了NH4Cl氯化銨分子,是固體,所以成了白煙。

幾乎所有的酸鹼反應都可以套進這個模型。但是,化學家還不滿足。於是你在大學化學還會學到路易斯酸鹼模型。在這裡,他們不管氫離子了,提出:給出電子對的是鹼,接受電子對的是酸。所以,乙醇鈉其實是鹼,而且在有機化學裡,是個著名的“鹼”。現在你回過頭,看看從初中到現在,其實雖然知識翻天覆地,但是邏輯並不混亂,只不過越來越深了。

這其實代表了人類探索未知的一般思路。先搞一套簡單的模型,只要能解釋現象,提供預測就好。然後,再逐漸探索,修改現有的理論。書上對於新理論代替舊理論的描述,有時候其實太誇張啦。即使是相對論,也不是說“推翻了”牛頓定律。它只不過比牛頓定律適用範圍更廣。大部分時候,我們仍然在用牛頓定律之類的舊理論,或者想你初中理科裡那些初級知識。他們簡單,易懂,有效。

中學化學到底學習什麼?如何看待它

很多時候,很多人眼高手低。他們認為有漏洞過的理論不值得學習。這並不值得提倡。因為人的學習不是一蹴而就的,大部分人不是天才,需要一步步來。

對於大學畢業的其他讀者,我在博士期間學到的一個重要道理是:不要等到所有的資料都採集到了,所有的模型都建好並且完美的切合了資料,才動手寫文章。你對於你研究的認識,一定會在寫的過程中有所變化,或者說有所進步。你需要做的是邊寫,邊修改自己的模型,補新的資料。你趨向真相的道路,很少是筆直的。

中學化學到底學習什麼?如何看待它

最後,當我執教美國本科生的大學化學時,我突然意識到初中和高中化學的意義。我的學生們(他們不是學渣,是正常美國學生水平)上大學之前平均學過僅僅一年化學。執教時我認識到,美國這裡拋開中國初中教的那些酸鹼鹽,高中那些勒夏特列原理和各族元素概論,直接從原子核開始,講原子軌道,講化學鍵,再講酸鹼反應和滴定,是要了他們命的。可能有些人會覺得,先講分子怎麼組成,再講反應這不是很棒嗎?但是,化學的學習其實很仰賴你對於化學現象的掌握和積累。沒有學過酸鹼鹽和各族化學的美國小本們,即使學完電負性,當我說濃硝酸的酸性是源於氮較大的電負性時,是沒概念的。直到實驗室裡他們把硬幣放進去濃硝酸裡煮的時候,才知道了我想表達啥。

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